JP3922814B2

JP3922814B2 - 潜熱回収型燃焼装置

Info

Publication number: JP3922814B2
Application number: JP23032398A
Authority: JP
Inventors: 健太郎須澤; 哲生上田
Original assignee: 株式会社ガスター
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: JP2000055466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潜熱回収機能を有する給湯装置，風呂釜等の燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
潜熱回収型のガス給湯装置では、ガスバーナの上方に主熱交換器が配置されるとともに、その上方に潜熱回収用熱交換器が配置され、これら熱交換器を給湯用配管が通っている。給湯用配管に供給された水は、最初に潜熱回収用熱交換器を通って暖められ、それから主熱交換器を通って所望温度の湯となり、給湯栓から吐出される。
【０００３】
上記ガス給湯装置では、主熱交換器を通った燃焼排ガスに残された熱（潜熱）を潜熱回収用熱交換器で回収できるので、燃焼効率を上げることができるが、次の欠点がある。
すなわち、上記潜熱回収用熱交換器では、通過する水の温度が低く、燃焼排ガス温度も低いため、燃焼排ガス中に含まれる水分が結露する。この結露水はガスバーナの燃焼を阻害したり内部腐食の要因となるので、回収手段により回収して排出している。しかし、この排出された結露水には、排ガス中のＮＯｘやＳＯｘが溶け込んで、ＰＨ３程度の強酸性の水溶液となっている。この強酸性の結露水をそのまま外部へ排出すると、コンクリート等の劣化や環境悪化を招く。
【０００４】
そこで、特開平８−１３６０５８号公報の給湯装置は、回収された結露水を中和する中和処理手段を備えている。この中和処理手段は、結露水を溜める中和タンクと、この中和タンクに収容された板形状の第１，第２の電極と、これら電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを有している。第１電極は、水素イオンよりもイオン化傾向が大きい金属（例えばアルミニウム）からなり、第２電極は、水素イオンよりイオン化傾向が小さい金属（例えばチタン）からなる。給湯（燃焼）の最中および給湯終了後所定時間は、第１電極を正の電圧にし第２電極を負の電圧にする。これにより、第１電極の金属のイオン化を促進させ結露水中の酸を中和する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の構成では、第１電極は板形状をなしており、結露水との接触面積が比較的小さいため、中和処理を迅速に行えない。この中和処理速度を高めようとすると、第１電極を大きな面積にする必要があり中和処理手段の大型化を招く。また、第１電極は徐々に消耗するので交換する必要があるが、所定以上の中和効果を得るためには、所定の消耗度に達した時に廃棄して新しい第１電極と交換しなくてはならず、材料の無駄が多かった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、潜熱回収用熱交換器と、この潜熱回収用熱交換器に結露した水を回収する回収手段と、この回収された酸性の結露水を導くドレン管と、ドレン管から送られた酸性の結露水を中和する中和処理手段とを備え、上記中和処理手段が、上記結露水を蓄える中和タンクと、この中和タンク内に互いに離れて収容された第１，第２の電極と、中和工程において第１電極を正極とし第２電極を負極として電圧を印加する電圧印加手段とを有し、上記第１電極を水素イオンよりイオン化傾向の大きい金属で形成し、第２電極を水素イオンよりイオン化傾向が小さい金属で形成することにより、上記中和工程において第１電極の金属をイオン化させて上記結露水を中和する潜熱回収型燃焼装置において、上記第１電極が、多数の粒または小片の集合体からなり、上記中和タンクの底部には、通気，通水機能を有する板形状の集電板が収容され、この集電板の上に、上記粒または小片の集合体が載せられ、中和タンクには当該集合体の上方において当該集合体から離れて上記第２電極が配置され、上記電圧印加手段は上記集電板に接続され、集電板を介して当該集合体に正の電圧を付与し、さらに上記中和タンクの底部には、エアを吹き込み上記集電板に通して上記粒または小片の集合体を撹拌するエア吹込手段が接続されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の給湯装置において、上記集電板は、水素イオンよりイオン化傾向が小さい金属により形成されていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、屋外に設置される潜熱回収型ガス給湯装置（燃焼装置）を示す。この給湯装置は、ハウジング１内に器具本体１０を収容することにより構成されている。この器具本体１０は、下から順に配置されたファン１１，ガスバーナ１２，主熱交換器１３，潜熱回収用熱交換器１４とを備えている。
【０００９】
上記ガスバーナ１２と主熱交換器１３との間の空間が燃焼室１５となっている。ガスバーナ１２には、開閉弁１６ａ，比例弁１６ｂを装備したガス管１６が接続されている。このガス管１６からのガスとファン１１からの空気が、ガスバーナ１２で混合されて燃焼室１５に吹き出され、ここで燃焼が行われる。
【００１０】
給湯装置は、熱交換器１３，１４を貫通する給湯用配管１７を備えている。この給湯用配管１７の水は、潜熱回収用熱交換器１４、主熱交換器１３の順に通過するようになっている。
上記熱交換器１３，１４間の空間１８には、潜熱回収用熱交換器１４での結露水を受けるための受皿２０（回収手段）が配置されている。この受皿２０の底部にはドレン管２５の一端が接続されている。このドレン管２５は、器具本体１０外に導出され、その他端が本発明の特徴部をなす中和処理手段３０に接続されている。
【００１１】
上記中和処理手段３０は、上記受皿２０で回収された結露水を中和するためのものでハウジング１内に配置されている。中和処理手段３０は、非導電材料からなる円筒形状の中和タンク３１を有している。上記ドレン管２５の他端は、この中和タンク３１の下部に接続されている。中和タンク３１の上部には、他のドレン管２６が接続され、このドレン管２６はハウジング１外へ導出されている。
【００１２】
上記中和タンク３１には、電極板３２（第２電極）と、集電板３３（集電部材）と、多数の互いに独立したアルミニウム製の粒３４の集合体（第１電極）が収容されている。電極板３２と集電板３３は、それぞれロッド形状の導電部材３５，３６を介して、電圧印加手段３７に接続されている。この導電部材３５，３６は、タンク３１の蓋３１ａを貫通している。なお、上記電極板３２，集電板３３，導電部材３５，３６は、チタン製である。
【００１３】
上記電極板３２は、中和タンク３１の上部に収容されており、上記集電板３３およびアルミニウム製の粒３４の集合体は、中和タンク３１の下部に収容されている。詳述すると、中和タンク３１の底壁３１ｂには、環状のスペーサ３８を介して集電板３３が載っている。この集電板３３の上にアルミニウム製の粒３４の集合体が載っている。集電板３３と中和タンク３１の底壁３１ｂとの間には、隙間３９が形成されている。集電板３３は、中和タンク３１の内径とほぼ等しい径を有する円形のパンチングメタルからなり、多数の微細な穴３３ａを有して、通気，通水機能を備えている。なお、上記アルミニウム製の粒３４は、例えば直径１ｍｍ程度の球形をなしており、集電板３３の穴３３ａの径は、この粒３４の径より小さい。
【００１４】
上記中和タンク３１の底壁３１ｂには、エア吹込管４１の一端が接続され、このエア吹込管４１にはエアポンプ４２が設けられている。これらエア吹込管４１とエアポンプ４２とで、エア吹込手段４０が構成されている。
【００１５】
上記燃焼装置は図示しないコントローラを備えている。このコントローラにより実行される給湯制御と中和処理手段３０の制御について説明する。
給湯用配管１７の下流端に設けられた給湯栓（図示しない）を開くと、給湯用配管１７に水が流れ、この流れを給湯用配管１７に設けられたフローセンサ（図示しない）が検出する。コントローラは、このフローセンサからの検出信号を受けて開閉弁１６ａを開き、点火動作を実行してガスバーナ１２での燃焼を開始する（給湯開始）。この燃焼排ガスは、主熱交換器１３を通り、さらに潜熱回収用熱交換器１４を通って、ハウジング１外へと排出される。給湯用配管１７の上流端からの水は、最初に潜熱回収用熱交換器１４を通って暖められ、それから主熱交換器１３を通って所望温度の湯となり、下流端の給湯栓から吐出される。上記燃焼排ガスの熱エネルギーは、主熱交換器１３で８０％程度回収され残りの熱（潜熱）の大部分が潜熱回収用熱交換器１４で回収される。
給湯栓が閉じられて給湯用配管１７に水の流れがなくなった時、フローセンサでこれを検出すると、コントローラは開閉弁１６ａを閉じガスバーナ１２での燃焼を停止する（給湯停止）。
【００１６】
上記給湯の最中（燃焼の最中）に、上記潜熱回収用熱交換器１４では、通過する水の温度が低く、燃焼排ガス温度も低いため、燃焼排ガス中に含まれる水分が結露する。この結露水は、水滴となって受皿２０（回収手段）へと落下し、ここで回収される。受皿２０に回収された結露水は、ドレン管２５を通り中和タンク３１を経、さらにドレン管２６を通って、ハウジング１外へ排出される。
【００１７】
上記コントローラは、中和処理手段３０の電圧付与手段３７を制御し、導電部材３５，３６を介して集電板３３と電極板３２との間に電圧を付与する。
詳述すると、上記給湯の期間中は、集電板３３を正極として正の電圧にし、電極板３２を負極として負の電圧または接地電圧にする。印加電圧は、結露水の電気分解を起こさない低い電圧に設定されており、例えば１Ｖ以下である。
【００１８】
ドレン管２５から中和タンク３１へ流れ込んだ結露水は、前述したように強酸性であるが、上記粒３４のアルミニウムが水素イオンよりイオン化傾向が大きいので、結露水中にイオンとなって溶け出す。これにより結露水が中和される。このアルミニウムの粒３４は、集電板３３と同電位で正の電圧が付与されているので、アルミニウムのイオン化が促進され、中和を促進することができる。
しかも、粒３４の集合体は全体として非常に大きな接触面積を有しているので、イオン化をより一層促進することができ、結露水の中和を迅速に行うことができる。
その結果、結露水は中和され酸性度を許容レベル以下にされて、中和タンク３１からドレン管２６を経て外部へ排出される。なお、アルミニウムと酸の化合物は、結露水に溶解されて排出される。
【００１９】
上記電圧付与状態での中和工程は、給湯の最中のみならず給湯停止後も所定時間続けられる。給湯停止後も、潜熱回収用熱交換器１４への結露があり、またこの結露水が受皿２０へ落下して回収されるまで時間がかかり、さらに中和タンク３１の結露水の中和に時間がかかるからである。本実施形態では、給湯停止後３０分間、上記中和工程が継続される。
【００２０】
上記中和工程の期間、コントローラはエアポンプ４２を駆動して、エアを中和タンク３１の底壁３１ｂから吹き込む。このエアは、中和タンク３１の底壁３１ｂと集電板３３との間の隙間３９に入り込み、集電板３３のほぼ全域に行き渡り、この集電板３３の穴３３ａから微細な気泡となって上方へ進む。この気泡により多数のアルミニウムの粒３４が撹拌され、そのイオン化が促進される。このエア吹き込みは、中和工程の期間において継続して実行してもよいし、間欠的に行ってもよい。
【００２１】
コントローラは上記電圧付与手段３７を切り替え制御して、中和工程を除く期間では、中和工程と電圧付与方向を逆にする。すなわち、電極板３２を正極にし、集電板３３を負極にする。これにより、結露水のアルミニウムの粒３４のイオン化を阻止し、その消耗を防ぐ。以下、この工程をイオン化抑制工程と称す。
【００２２】
上述した中和工程を給湯の度に行うと、アルミニウムの粒３４が消耗される。そこで、粒３４の集合体の高さＨが所定高さＨａ以下になったら、中和タンク３１の蓋３１ａを開けて、新たに粒３４を補充する。このように粒３４の補充で済み、電極板の交換を必要としないので、材料費の無駄を省くことができる。
【００２３】
上記集電板３３は、チタンからなり水素イオンよりイオン化傾向が小さいので、上記中和工程で正の電圧を付与されても、イオン化して消耗することはない。電極板３２もチタンからなるので、上記イオン化抑制工程で正の電圧を付与されても消耗することがない。
【００２４】
本発明は上記実施形態に制約されず、種々の形態を採用可能である。例えば、第１電極を、多数の粒の集合体で構成したが、これを多数の小片（例えば棒や板の切断片）の集合体で構成してもよい。
第１電極の材料は、アルミニウムに限らず、水素イオンよりイオン化傾向が大きい金属であればよく、例えば亜鉛でもよい。
第２電極および集電部材の材料は、チタンに限らず、水素イオンよりイオン化傾向が小さい金属であればよく、例えば白金でもよいし、銅の基板にチタンプレーティングしたものでもよい。
集電部材の形状は、平板形状に限らず、籠形状でもよいし、筒形状でもよいし、場合によってはロッド形状でもよい。
【００２５】
上記実施形態において、エアの流入口近くに設けた環状スペーサ３８をなくし、１カ所から勢い良くアルミニウム製の粒３４にエアを送り込んで、粒３４を撹拌させることにより、イオン化を促進させてもよい。また、粒３４を撹拌させるエア量でなくても、中和の促進が可能であれば、少量のエアでもよい。
中和タンクに接続されるドレン管２５の位置は、集電板３３より下方であってもよい。この場合、ドレン自体が電極である粒３４中を通過していくので、中和はより促進される。
【００２６】
エア吹き込み手段として、燃焼用の空気を供給するためのファンやエアポンプを兼用してもよい。
エア吹き込みにより撹拌されたアルミニウム等の粒が第２電極に接触するのを、確実に避けるために、第２電極を電気絶縁材料のネットで覆ってもよい。
中和タンクの内周面に粒や小片の集合体の高さＨを図る目盛や、補充の目安となる所定高さＨａを表すマークを付けてもよい。
本発明は、ガス給湯装置に限らず、風呂釜や石油燃焼装置に適用してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、第１電極を多数の粒または小片の集合体により構成したので、中和タンク内の結露水との接触面積を飛躍的に増大させることができ、結露水の中和を迅速に行うことができる。また、度重なる中和作用により粒や小片が減少した時には、基本的に粒や小片を補充するだけで済むので、材料の無駄が無くなる。また、集電板を用いることにより、粒または小片の集合体にも拘わらず電圧付与を確実に行うことができ、イオン化を促進できる。さらに、通気，通水機能を有する集電板の上に粒や小片の集合体を載せ、下からエア吹き込みを行うことにより、粒や小片のイオン化を良好に行うことができ、結露水の中和をより一層迅速に行うことができる。
請求項２の発明によれば、中和工程において集電板の消耗を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる潜熱回収型ガス給湯装置を示す概略図である。
【図２】同給湯装置の中和処理手段の下部構造を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１４潜熱回収用熱交換器
２０受皿（回収手段）
３０中和処理手段
３１中和タンク
３２電極板（第２電極）
３３集電板（集電部材）
３４粒（第１電極）
３７電圧付与手段
４０エア吹込手段

Claims

潜熱回収用熱交換器と、この潜熱回収用熱交換器に結露した水を回収する回収手段と、この回収された酸性の結露水を導くドレン管と、ドレン管から送られた酸性の結露水を中和する中和処理手段とを備え、
上記中和処理手段が、上記結露水を蓄える中和タンクと、この中和タンク内に互いに離れて収容された第１，第２の電極と、中和工程において第１電極を正極とし第２電極を負極として電圧を印加する電圧印加手段とを有し、
上記第１電極を水素イオンよりイオン化傾向の大きい金属で形成し、第２電極を水素イオンよりイオン化傾向が小さい金属で形成することにより、上記中和工程において第１電極の金属をイオン化させて上記結露水を中和する潜熱回収型燃焼装置において、
上記第１電極が、多数の粒または小片の集合体からなり、
上記中和タンクの底部には、通気，通水機能を有する集電板が収容され、この集電板の上に、上記粒または小片の集合体が載せられ、中和タンクには当該集合体の上方において当該集合体から離れて上記第２電極が配置され、上記電圧印加手段は上記集電板に接続され、集電板を介して当該集合体に正の電圧を付与し、
さらに上記中和タンクの底部には、エアを吹き込み上記集電板に通して上記粒または小片の集合体を撹拌するエア吹込手段が接続されていることを特徴とする潜熱回収型燃焼装置。
上記集電板は、水素イオンよりイオン化傾向が小さい金属により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の潜熱回収型燃焼装置。